Bezkontakta kardiovaskulārais monitoringsA4.2. aktivitāte

U.Rubīns, V.Upmalis

LU Atomfizikas un spektroskopijas institūts

A4.2. aktivitāte

A4.2.1. Zinātniskās un patentu literatūras izpēte par bezkontakta PPG ierīču principiem un konstrukcijām.

A4.2.2. Bezkontakta PPG mērījumiem piemērota apgaismojuma avota izveide un optimizācija.

A4.2.3. Bezkontakta PPG monitoringa signālu analīzes algoritmu un programmatūras izstrāde.

A4.2.4. Bezkontakta kardiovaskulārā monitoringa maketierīces izveide un klīniska aprobācija veselai un patoloģiskai ādai.

Darba mērķis

Izveidot metodiku un ierīces bezkontakta PPG mērīšanai.

Atrast šīs metodikas pielietojumu klīniskajā diagnostikā.

Fotopletizmogrāfiskā kartēšana ir bezkontakta metode ādas asins pulsāciju detektēšanai, izmantojot izkliedēto optisko starojumu.

Fotopletizmogrāfiskā kartēšana (PPGI)

Video apstrādes

datorprogramma

VideofilmaVideofilmaVideofilmaVideofilma

Pikseļu apvienošanas filtrsPikseļu apvienošanas filtrs(attēla pludināšana)(attēla pludināšana)

Pikseļu apvienošanas filtrsPikseļu apvienošanas filtrs(attēla pludināšana)(attēla pludināšana)

Attēla kubsAttēla kubsAttēla kubsAttēla kubs

Gaismas intensitātesGaismas intensitātesizmaiņas laikāizmaiņas laikā

Gaismas intensitātesGaismas intensitātesizmaiņas laikāizmaiņas laikā

Laiks

A4.2.3. Bezkontakta PPG monitoringa signālu analīzes algoritmu un programmatūras izstrāde

Attēla apgabala izvēleAttēla apgabala izvēleun zaļā spektra filtrsun zaļā spektra filtrs

Attēla apgabala izvēleAttēla apgabala izvēleun zaļā spektra filtrsun zaļā spektra filtrs

Laiks

Pulsāciju amplitūdasPulsāciju amplitūdasun frekvences noteikšanaun frekvences noteikšana

Pulsāciju amplitūdasPulsāciju amplitūdasun frekvences noteikšanaun frekvences noteikšana

Gaismas intensitātesGaismas intensitātespulsācijaspulsācijas

Gaismas intensitātesGaismas intensitātespulsācijaspulsācijas

Normēšana (0-255)Normēšana (0-255)Normēšana (0-255)Normēšana (0-255)

PPG kartēšanaPPG kartēšanaPPG kartēšanaPPG kartēšana

Video materiāls

Pulss

PPG kartējums

A4.2.2. Bezkontakta PPG mērījumiem piemērota apgaismojuma avota izveide un optimizācija

Kvēlspuldzes gaisma

532nm lāzera starojums

Zaļā gaisma

A4.2.4. Bezkontakta kardiovaskulārā monitoringa maketierīce

50W halogēnā spuldze

Webcam video

kamera

Dators ar PPGI video

apstrādes programmu

Ādas virsmas PPG kartējumsĀdas virsmas PPG kartējums

PPG signālsPPG signāls

PPG signāla spektrsPPG signāla spektrs

PPG signāls (ilglaicīgs)PPG signāls (ilglaicīgs)

A4.2.3. Bezkontakta PPG monitoringa datorprogramma

PulssPulss

PPG signāls no dažādām ādas vietām

A4.2.4. Bezkontakta kardiovaskulārā monitoringa maketierīce

Sirdsdarbības pulss

Asinsapjoma pulsa amplitūdas izmaiņas

Klīniskie mērījumi tika veikti 26 pacientiem RTS laikā no 15.02 – 10.05.2010.Tika pētītas asins pulsāciju ādā izmaiņas lokālās anestēzijas ietekmē ar PPGI.

Temperatūras sensorsTemperatūras sensors

Bezkontakta mērījumsBezkontakta mērījums

Lokālās anestēzijas vietaLokālās anestēzijas vieta

A4.2.4. Bezkontakta kardiovaskulārais monitorings

Plaukstas virsmas PPG kartēšanas piemērs

Pēc lokālās anestēzijas ievades, asins pulsāciju amplitūda palielinās, un izmainās arī PPG kartējuma sadalījums pa ādas virsmu

Plaukstas ādas virsmas PPG kartēšana un PPG amplitūdas dinamikas analīze pēc lokālās anestēzijas ievades

Uzreiz pēc RA ievades, pēc 8 minūtēm pēc 12 minutēm pēc 16 minutēm

Publikācijas (konferences)

[1] U.Rubins, R.Erts, V.Nikiforovs, “The blood perfusion mapping in the human skin by photoplethysmography imaging”, MEDICON 2010, IFMBE Proceedings, vol. 29, pp. 304-306, 2010. – Porto Carras, Grieķija.

[2] A.Miscuks, R.Erts, U.Rubins, J.Spigulis, M.Mihelsons. “Modification and optimisation of monitoring for regional anaesthesia”. Abstr. ESRA “Advances and Trends in Regional Anaesthesia”, May 20-22, 2010. – Rīga.

[3] U.Rubins, A.Miscuks, O.Rubenis, R.Erts and A.Grabovskis. “The analysis of blood flow changes under local anesthetic input using non-contact technique”. BMEI-2010 IEEE conf. proc. Vol 2, pp. 601–604, 2010. – Yantai, Ķīna.

• Plānots izveidot miniatūru ierīci un datorprogrammu reālā laika ādas PPG kartēšanas analīzei;

• Izveidot algoritmu un datorprogrammu hemodinamisko parametru noteikšanai no PPG kartējuma datiem;

• PPG kartēšanai varētu izmantot tuvā IS spektra video kameru;

• Turpmākie PPGI klīniskie mērījumi:1) pacientiem ar ādas pataloģijām,2) pacientiem veiksmīgas/neveiksmīgas anestēzijas

ietekmē,3) pacientiem ar asinsrites traucējumiem

Turpmākie plāni

A4.3. aktivitātes

A4.3.1. Perifēro audu PPG signāla parametru korelācija ar sistolisko, vidējo dinamisko un arteriālo spiedienu.

A4.3.2. Perifēro audu PPG signāla parametru korelācija ar asins plūsmu maģistrālajās artērijās.

A4.3.3. Perifēro audu PPG signāla parametru korelācija ar asinsvadu perifēro pretestību.

A4.3.4. Maģistrālās artērijas PPG signāla parametru korelācija ar arteriālā spiediena raksturlielumiem.

A4.3.5. Maģistrālās artērijas PPG signāla parametru korelācija ar asins plūsmu maģistrālajās artērijās.

A4.3.6. Maģistrālās artērijas PPG signāla parametru korelācija ar asinsvadu perifēro pretestību.

A4.3.7. Algoritmu un programmatūru izstrāde PPG signālu apstrādei un korelāciju analīzei.

A4.3.7. Algoritmu un programmatūru izstrāde PPG signālu apstrādei un korelāciju analīzei

Ultrasonogrāfijas videoUltrasonogrāfijas video

Artērijas lūmenaArtērijas lūmenamanuāla iezīmēšanamanuāla iezīmēšana

Dalīšana artērijasDalīšana artērijasun plūsmas kadrosun plūsmas kadros

Grafisko objektuGrafisko objektuatpazīšanaatpazīšana

Artērijas lūmenaArtērijas lūmenaun plūsmas aprēķinsun plūsmas aprēķins

Artērijas diametrsArtērijas diametrsun plūsmas ātrumsun plūsmas ātrums

1.kanāla PPG signāls

2.kanāla PPG signāls

3.kanāla PPG signāls

PPG signāls

Hemodinamisko parametru dinamika

Interesējošais apgabals